汽轮机轴封系统漏气攻关研究

汽轮机轴封系统漏气攻关研究

孙禹阳

中国石油吉林石化动力二厂

摘要：汽轮机是确保热电厂的重要设备，而汽轮机轴封系统漏气在生产操作过程中时有发生，会对汽轮机组的安全运行带来潜在的风险；解决汽轮机的轴封漏气问题的就能凸显出非常具有现实意义。本文主要探索与研究炼化企业热电厂汽轮机组轴封因为漏汽带来的危害以及轴封系统在实际生产操作过程中需要注意的事项，利用行之有效的操作措施、管理措施、设备更新措施来提升汽轮机组的运行安全性与经济性。

关键词：汽轮机；轴封系统；漏气；研究

1  汽轮机组轴封漏气产生的原因与轴封系统运行中存在的问题

汽轮机是炼化企业热电厂的关键设备，对于热电厂全流程的平稳运行起到非常重要的作用，汽轮机是利用热电厂自产的高温蒸汽作为其工作介质，将高温蒸汽的热能转变为机械设备转动的机械能。为了有效的防止汽轮机转动与静止配件间摩擦碰撞，转动部件与静止部件之间需要保留一定的间隙。配合间隙的存在必然会产生漏汽现象，进而导致蒸汽损失，机组效率下降，部分蒸汽也会泄漏至汽轮机组的润滑油系统中，造成润滑油变质乳化，影响汽轮机组的安全运行。

轴封是由高压轴封与低压轴封共同构成。高压轴封可以防止蒸汽从汽缸泄漏到外面。低压轴封可以防止汽缸进入外部蒸汽，从而导致一些列的不良后果。汽轮机的轴封漏汽会导致汽轮机组的热量损失增大，漏气情况严重的时候汽轮机的功率也会降低。如果汽轮机组高压端的轴封漏汽严重，蒸汽就会沿转子流进轴承内部，蒸汽将轴承加热的同时也会导致润滑油里面混进水分，直接造成润滑油质劣化，轴承润滑的效果降低，导致汽轮机组轴承带水运行，监控不及时会引起严重事故的发生。如果隔板的轴封故障，漏汽量上升，轴向力就会加大，转子前后的压力差就会增大。如果低压端的轴封出现故障，汽轮机组就会长期处于低真空的状态运行，汽轮机组的经济性就会明显降低，机组的排汽温度上升，振值和轴向力增大。

通过实际操作总结出来的汽轮机组轴封运行中的注意事项有以下几点：

（1）汽轮机转子和转动部件在动平衡不达标以及振动超标的情况严禁运行。

（2）定期对蒸汽及冷凝水的品质进行检验，防止汽轮机内部出现结垢现象。

（3）杜绝汽轮机工况频繁性、大幅度发生改变。

（4）定期检查蒸汽管线与汽轮机的保温完好情况。

（5）杜绝汽轮机组长时间进行不带负荷运行或者排汽温度超过操作卡片运行、排汽温度波动较大的工况下长时间运行。

（6）杜绝轴和转动部件较大轴向位移出现，当轴和转动部件的轴向位移超过允许值时必须进行紧急停机。

2  汽轮机轴封漏汽的处理方案

为了从根本上解决汽轮机轴封漏汽大的问题，我们需要对汽封进行改造升级，让汽轮机组用上更为先进的密封，如下列举了几种可靠性较好的新型汽封。 
2.1  刷齿式轴封

刷齿式轴封的刷丝采用钴基的高温合金材质制造而成，脆性低、韧性强、在运行过程中不会发生折断现象，刷丝不容易脱落，密封效果好。刷齿式汽封能够完全或者一部分消除迷宫型密封的的泄漏现象，刷齿式汽封允许轴与转动部件在适量的的偏差的工况进行工作，刷齿式轴封可以称为零间隙配合的柔性密封。

刷齿式轴封是一种高效阻尼型密封，泄漏量是迷宫型轴封的十分之一左右，刷齿式轴封的动、静部件间在短时间的偏心状况可以保持密封性能不发生改变，提高机组运行效率的同时也改进了轴和转动部件的稳定性。刷齿式汽封也可以阻止蒸汽泄漏以及汽轮机缸体内部进入空气，可以有效提高机组性能，具有运行安全，密封效果好的特点。
2.2  金属蜂窝式轴封

金属蜂式窝轴封，是形态近似于蜂窝的一种轴封。主要由蜂窝带、汽封体由特殊工艺制作完成。蜂窝式轴封的阻尼大、刚度强，稳定性良好。蜂窝状的结构可以产生很大的涡流、屏障、阻尼从而防止蒸汽的泄漏产生。

金属蜂窝式汽封过量的间隙不会产生汽封的大量漏汽。蜂窝式的形状可以防止密封蒸汽进行周向运动，金属蜂窝式轴封的适应性也比较强，可以很好地与汽轮机配合，对于高压差、小间隙的工况下仍然可以有效工作，对汽轮机及转动部件不会产生危害。金属蜂窝式汽封的特点是耐磨损、寿命长、密封效果好。因为金属蜂窝式汽封良好的密封效果，不能整个让汽轮机的所有密封都使用金属蜂窝式汽封，因为金属蜂窝式汽封的密封性能非常强，转子预热效果不好，在汽轮机开机的时候会造成开机暖机时间长，转子与转动部件振值大，加大汽轮机组的开机危险系数。
2.3  干气密封

干气密封是新型无接触式密封，干气密封式的密封介质来自旋转设备内部的气体或者液体气体。干气密封与其他密封比较优点在于，干气密封具有泄漏量少，密封磨损小，使用寿命长，运行能耗小，操作简单方便，后期维护量小，被密封的介质不会受到润滑油污染等特点。所以，干气密封比较适合在压缩机轴封领域进行应用。

干气密封与其他压缩机用轴封的结构大致相似，也由静环与动环构成，弹簧加载在静环上，依靠O圈进行辅助密封。端面材料采用碳化硅、氮化硅等硬质合金或者石墨。干气密封与其他压缩机用密封的不同之处是：干气密封的动环端面开有微小的气体槽，气体槽的深度只有几微米，密封端面之间的密封气体必须保持清洁，清洁的密封气体可以保证干气密封的两个端面间形成稳定的气膜，从而让干气密封的两个端面完全分离开。气体介质利用通过密封间隙的时候节流与阻塞的作用产生的减压过程实现气体介质的密封效果，密封端面的间隙在几微米时气体的泄漏量最小。密封端面的间隙太大会导致密封效果变差；密封端面间隙太小会让密封之间直接接触，因为密封端面摩擦产生的热量不能迅速散失，干气密封的端面之间无润滑接触就会迅速导致密封端面变形，使密封失效。

3  结论

在越来越重视能源消耗的大环境背景下，因地制宜的开展有效的节能工作是热电厂必须进行深入探讨研究的；汽封是保证汽轮机组正常工作的重要环节，对于轴封的选型与机组的匹配应该受到热电厂技术与设备专业的足够重视。通过前文的分析在轴封改造过程中，新式汽封更具优势，同时也并不是没有任何缺点，因此，根绝企业实际情况使用适合本企业工况的轴封才能够保证轴封成功运用，确保热电厂的安全平稳运行。
作者简介：孙禹阳，男，1993年07月，单位：吉林石化动力二厂燃化车间，设备员，研究方向：汽轮机轴封系统漏气攻关的研究。